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1、word模拟电路课程设计带通滤波器目录第一章 方案选择第二章 框内电路设计第三章 总电路图草图第四章 出现的问题与解决措施第五章 收获与体会第一章 方案选择对于信号的频率具有选择性的电路称为滤波电路，它的功能是使特定频率X围内的信号通过，而阻止其他频率信号通过。通常，按照滤波电路的工作频带为其命名，可分为低通滤波器LPF，高通通滤波器HPF，带阻滤波器BEF，全通通滤波器APF。上图是四种理想滤波电路的频率特性。本课题设计要研究的是带通滤波器，设低频段的截止频率为fp1，高频段的截止频率为fp2，频率为fp1到fp2之间的信号能够通过，低于fp1和高于fp2的信号被衰减的滤波电路是带通滤波器，
2、常用于载波通信或弱信号提取等场合，以提高信噪比。 但是实际上，任何滤波器均不可能具备像上图所示的幅频特性，在通带和阻带之间存在着过渡带，因此四种滤波器的实际幅频特性如下：方案一UoUi高通低通20lgAu低通ff220lgAu高通f1f20lgAu通阻阻f2f1f将一个低通滤波器和一个高通滤波器串联起来，即可组成一个带通滤波器，如上图。其中低通滤波器的通带截止频率为f2，高通滤波器的通带频率为f1。当输入信号通过低通滤波器时，ff2的信号被滤掉；然后，再通过高通滤波器，ff1的信号又被滤掉。最后，只有频率在f1和f2之间的信号才能通过电路，从而实现了“带通滤波的要求。方案二Ui全通-K2+K1
3、y2带通y1高通y3低通低通2低通1Ui全通信号Ui经过低通信号y3的负反应和带通信号y2的正反应，得到高通信号y1y2y3y1y1经过低通滤波器后便得到带通信号y2，y2再经过一个低通滤波器可得到低通y3。这样，输出y2即为带通，便到达了设计目标。性价比分析方案一需要注意一个问题，组成带通滤波器时，低通滤波器的通带截止频率f2必须大于高通滤波器的通带截止频率f1，即两个滤波器的通带之间必须要有一局部互相覆盖，覆盖局部的频带X围即为带通滤波器的通带宽度。否如此，如果f2f1，如此任何频率的信号都无法通过电路，也就无法组成带通滤波器了。方案二其内在原理根本一样，一个全通信号先减去低通，然后减去高
4、通，剩下的就是带通。但方案二中引入了两个反应，当频率接近通带截频率但小于时，从输出端引回的反应信号将增强输入信号的作用，因此，幅频特性在接近通带截止频率时将得到补偿而不会很快下降。总的来说，方案二在通带截止频率的附近得到较好的改善。而且参加带通信号的正反应，使其滤波功能更加接近切比雪夫滤波器，其在过渡带衰减快，和理想滤波器的频率响应曲线之间的误差最小。总之，方案二比方案一更加完善，误差也更小，同时也考虑到实验器材的选取条件，因此本课题设计采用方案二。3设计要求1输入是1V有效值的正弦波，输出带通波形。2带通滤波中心频率可变，1KHz，5KHz，10KHz三种频率用开关切换3带宽BWf上f下=第
5、二章 框内电路设计1.低通滤波电路：iiUpUnUoUiCR积分运算电路具有低通特性，上图是反相输入一阶低通滤波电路。现在分析其电路特性：因为，通常，在分析运算电路时均设集成运放为理想运放，因而其两个输入端的净输入电压和净输入电流均为零，即具有“虚短路和“虚断路两个特点。所以，Up=Un=0；经过电阻R和电容C的电流相等。电路传递函数然后S用jw代入，得到：又有上限截止频率如下图是低通滤波器的实际幅频特性UnD2D1Uo-12V+12VUoUi当输入Ui为正时，经过反相器反相，Uo0，故D1不导通，D2导通，由于虚地点，Un=0，所以。综上所述，输入信号Ui经过绝对值电路后，输出Uo都为正值，
6、且为输入的一半，即。下面进展EWB波形仿真，输入时1V有效值的正弦波，输出如下：UoUi第三章 总电路图草图UpUni0i2i3i1+12V-12Vy2y3-12V+12VRy1+12VR-12VUi按照原理框图的设计思想，具体电路布置如上。第一个运算放大器是反应端，后面两个运算放大器电路构成两个低通滤波电路。输入为Ui，y1，y2，y3分别为高通，带通，低通输出。所以y2是此次课题设计的带通滤波器的输出端。由于课题设计带通滤波器的输出中心频率可变用开关切换，即有1KHz，5KHz，10KHz三种，因此反相一阶低通滤波电路的电容，电阻要适当取值。为保证带通滤波电路的输出中心频率的稳定，两个低通
7、滤波电路的电容，电阻取值一样。我们研究的是带通滤波电路，因此要得到电压放大倍数，即根据理想运算放大器的虚短，虚断特性可以得到：设整理上式可得到电路传递函数：然后用jw代替s：1中心频率从式中可以看出，当虚部为0时，即电压放大倍数为1，得到又，化简得中心频率根据中心频率公式，分别算出1KHz，5KHz，10KHz三种频率时的电阻值，这里我们电容C取0.1uf5KHz时，R2=31810KHz时，R3=159主体电路的电阻R用R1，R2，R3和开关结合代替如如下图R1R2R32通频带宽带通滤波器的通带宽度BW定义为电压放大倍数下降至中心频率电压放大倍数的所包含的频率X围。从式中可以看出，当虚部为1
8、时，电压放大倍数刚好为。此时，联立方程解得取绝对值，f上，f下3综上所述，计算得到理论中心频率和带宽，同时实验结果也如下表：中心频率f0KHzR()C(uf)f上Hzf下Hz带宽BWKHz理论值1531810159实验值318159下面以1K为例，进展EWB波形仿真，分别演示中心频率，上下限频率时的输入输出波形。a中心频率=1Ky2Uif下y2Uif上y2Uiy2Uiy2Ui输入1V有效值的正弦波Ui，经过绝对值电路，并通过有极性电容和滑动变阻器整合，使其输出Ui在0.7V左右。如下面额波形仿真图。UiUi 然后通过调节滑动变阻器，使Ui输出为0.5V。同理，带通信号y2经过绝对值电路，输出y
9、2。Ui和 y2作为电压比拟器的两个输入，Ui输入负相端，y2输入正相端，电压比拟器的输出端接一个发光二极管。当带通信号y2在通带以内时，y2的有效值大于0.7V，经过绝对值电路后大于0.5V，此时y2Ui，发光二极管通电。当频率在上下限时，带通信号y2的有效值在0.7V左右，经过绝对值电路后在0.5V左右。此时电压比拟器的输出在正电压和负电压之间波动，发光二极管闪烁。当频率小于下限或大于上限时，发光二极管熄灭。这样，此检测电路起到了检测带宽的作用。第四章 出现的问题与解决措施1. 根底知识性问题在进展课题设计时发现我们需要用到大量以前的知识，主要是模电这一块的滤波器与运算放大器，同时在推导计
10、算时也用到了信号课的幅频特性的计算。然后我发现对滤波器这一块的知识明显掌握不足。例如，模拟电路的反应分析，滤波电路的具体分析。在通过复习模电课本，和同学讨论以与向教师请教的过程中解决了一系列的根底知识性问题。，318和159，前两者咋实验室还可以找到，但159的电阻没有。后来我采取了用两个320的电阻进展并联，即可得到160，根本符合电路的要求。在电路完成后，为了尽可能的使误差减小，我对每个电阻进展测量，尽量挑选准确一点的电阻，以保证整个电路的准确性。当主体电路测试完成后，我把检测电路接入时，发现输出波形变成了一条直线。当时估计是检波电路那里短路了，在用眼睛初步检查没问题后，又用万用表对可能存
11、在隐患的电路逐个测量。检查确认无误后，无意间测量电阻时发现一个10K的电阻用错了，一测只有300多，应该是在接入面包板时拿错了。即时更替后，输出波形也终于出来了。3其他问题主要是波形调不出来，要么没有，要么严重失真。经过仔细检测，大多是由于线路接触不好引起的，这就要我么连线的时候就要仔细，要不然检查的时候会很辛苦。还有就是对示波器的功能认识不够，很多功能键不懂得使用，在反反复复的操作过程中，都已得到了解决。第五章 收获与体会本次课程设计至此已接近尾声，虽然总的时间不是很长，但是整个设计过程中我收获颇丰。首先是实际性的收获。由于整个设计过程中用到了很多以前电路实验，数字电路和模拟电路实验的实验装
12、置，特别是示波器和交流毫伏表。本来我对示波器虽然有一定的了解，但是出现一些问题时不会调节，这次我又好好的用学习和实践了一回，充分的了解以前我不知道和迷迷糊糊的知识。不仅自己操作游刃有余，我还可以教其他同学，帮他们调出稳定的波形以与怎样去读数。同时，我也学会看从波形的一样中开出电路中的问题，如假如相位不对，应该是电容的问题；出现失真抖动时电路本身产生的自激振荡。然后是无形的收获。整个设计过程让我对模拟电路这门课程尤其是滤波器有了更深的了解。在电路的设计过程中，无形中便加深了对模拟电路的了解与运用能力，对课本与以前的知识有了一个更好的总结和理解。以前的模电实验只是针对一个小的功能设计，二此次课程设计对我们的总体电路的设计要求更严格，需要通过翻阅以前学过的知识确立实验总体的设计方案，然后逐步细化各模块的设计。另外，通过此次课程设计，我对EWB软件有了更加深刻的了解。通过这次课程设计让我明白了理论和实际操作之间的差距，而且也让我明确地意识到自己的经验和能力的不足之处，应该好好弥补下，多以后的工作也有很好的帮助。器件表电阻/电容 数量10K 720K 4 2320 6159 20.1uf 210uf 2集成芯片LF353 3片附
